对快速以太网CSMA/CD的一点不明之处与大家讨论

haierccc · 发表于 2013-5-23 15:36

本帖最后由 haierccc 于 2013-5-23 16:58 编辑

   学习网络的过程中我看了一些书，诸如因特网体系结构、ISO7层协议，快速以太网，《TCP/IP协议》第一卷等，有一个问题一直不太明白。
   我画了一张示意图：

   这是一个典型的家庭因特网接入环境，网线通过无线路由器进入交换机，供台式机和笔记本使用（这里没有画无线接入的笔记本）。
   在学习快速以太网的CSMA/CD协议的过程中，有个问题一直萦绕我心，至今没有理解。
   CSMA/CD的核心思想是：由于以太网是种竞争型的网络，所以会出现好几台电脑同时发言的情况，这样就会产生“冲突”，所以在发言之前，网卡监听网络上的通信，以太网数据帧之间有个“时隙”，如果静默时间超过了时隙，就认为没有别人发言，于是自己就可以发言了。
   举个例子，我从电脑A往电脑B的共享文件夹里拷贝100G的高清电影，连接已经建立，数据正常拷贝中。
   由于拷贝时间很长，闲来无事，我就在电脑B上挂着QQ与人聊天，消磨时间。
   现在看起来一切都很好，这也是我们早就习以为常的工作状态：多任务。也就是同时有好几个网络任务在运行，比如在线听歌的同时，在线聊天，同时淘宝购物。
但这里隐藏着一个问题：依照CSMA/CD所言，电脑发言的时候，一定要是在网络静默时间超过“时隙”以后，但是此时，电脑B一直在接受电脑A的数据啊。
也就是说，电脑A在给电脑B传送数据，在数据传送完毕之前，以太网数据帧之间的静默时间始终不会超过“时隙”，此时无线路由器根本找不到机会插入信息，也就不会给电脑B上的QQ发送信息了。
当然，以太网在实际工作中不可能同时只有2台机器建立连接，所有的信息都会及时在网上传输（比如P2P信息和广播信息），这究竟是如何做到的呢？
   网桥（交换机）是一种解决方法，因为隔离了冲突域，但假设上图的设备不是交换机，而是HUB，也就“集线器”呢？因为集线器不是工作在交换模式，而是工作在总线模式下，其上所有的电脑同属一个冲突域

XXHJACK · 发表于 2013-5-23 20:19

本帖最后由 XXHJACK 于 2013-5-23 20:35 编辑

用并发多数据帧来解决。在pc端-pc端上使用tcp/ip协议传输数据，tcp协议内容你看看就知道了！估计你还没看到哪！

haierccc · 发表于 2013-5-23 21:01

本帖最后由 haierccc 于 2013-5-23 21:02 编辑

XXHJACK 发表于 2013-5-23 20:19
用并发多数据帧来解决。在pc端-pc端上使用tcp/ip协议传输数据，tcp协议内容你看看就知道了！估计你还没看到 ...

百度了一下，没有“并发多数据帧”的释意。请解释一下。
而且，TCP/IP是3、4层协议，而MAC是2层的，2层都没有传过去，高层更没法传啦。
你说的是不是“端口”，也就是TCP端口，这是高层的概念，我说的是2层的问题。

eva2015 · 发表于 2013-5-23 21:15

冲突域是hub时代的东西了，那时候端口速度只有10M，以太网中一般每个数据包都是有大小限制的，

一般是1500字节一个数据包，无论你干多少事，最终从网线里传送数据的时候都是一个包一个包的，

所谓的监听就是在发送每个包前的事。具体的都是大学时候学的了，基本忘光了。

gmx168 · 发表于 2013-5-23 21:58

LS说的对，哪怕是再大的数据，也得拆成一个一个小包来发送，包是3层的数据，到了2层呢，封装帧头加上MAC地址变成帧，这些帧混合着其他地址的帧使用CSMA/CD来轮番发送~~~

这个不关交换机或HUB的事儿，以交换机为例，你在一个公网网站下载的同时还访问某些其他网站，这时所有的包都是发往同一个网关的，也就是不管你目的IP是什么，它们2层封装的目的MAC地址都是网关的MAC地址。

haierccc · 发表于 2013-5-23 22:33

gmx168 发表于 2013-5-23 21:58
LS说的对，哪怕是再大的数据，也得拆成一个一个小包来发送，包是3层的数据，到了2层呢，封装帧头加上MAC地 ...

所谓“时隙”，就是MAC帧之间的时间空隙。
假如电脑A和网关之间有通信，那帧之间的时隙就一直不会超过标准值，导致电脑B无法和网关通信

gmx168 · 发表于 2013-5-23 23:13

haierccc 发表于 2013-5-23 22:33
所谓“时隙”，就是MAC帧之间的时间空隙。
假如电脑A和网关之间有通信，那帧之间的时隙就一直不会超过标 ...

打个比方吧。

A有一大段话要说，但也必须一句话一句话地说，相邻2句话之间必须有一段停顿，在这个停顿里A会听听是否有别人要发言，如果没有，那么A继续说下一句话；如果这时B跳出来要说话，那么A就只能让给B说话。

大致原理就是这样的，算法实现起来会麻烦不少，要设置随机等待时间和退避啥的~~~

XXHJACK · 发表于 2013-5-23 23:19

haierccc 发表于 2013-5-23 21:01
百度了一下，没有“并发多数据帧”的释意。请解释一下。
而且，TCP/IP是3、4层协议，而MAC是2层的，2层都 ...

建议你看完再说！！这个大学的东西比较难理解！

haierccc · 发表于 2013-5-23 23:32

本帖最后由 haierccc 于 2013-5-23 23:33 编辑

gmx168 发表于 2013-5-23 23:13
打个比方吧。

A有一大段话要说，但也必须一句话一句话地说，相邻2句话之间必须有一段停顿，在这个停顿里 ...

A在判断，B也在判断啊
B在监听的时候，由于A的信息包在持续发送，一直没有超过时隙（停顿）限制，所以就会一直处在监听状态而不能发言。

gmx168 · 发表于 2013-5-23 23:42

haierccc 发表于 2013-5-23 23:32
A在判断，B也在判断啊
B在监听的时候，由于A的信息包在持续发送，一直没有超过时隙（停顿）限制，所以就 ...

我在学习以太网csma/cd时没有提及时隙的概念，倒是在无线网络里有提及，但都会有一个公平机制，保证所有设备都有机会发言。

你继续好好看书吧，一定是什么地方看漏咯~~~

红色狂想 · 发表于 2013-5-24 20:35

计算机I/O的是数字量，这些都是量子态的，不同于模拟态永不停息的流水，是一块一块，一份一份的，每块之间有充裕的遐想空间，随时可以接受别的插入，插插插。。。而这个时序是飞快的，对人来说，目测就是进度条一直在走，时快时慢，循序渐进。如果你将进度条微积分到无限小个垂直线段，你就会发现线性运动的进度变成了量子中断跳跃运动

haierccc · 发表于 2013-5-24 22:19

红色狂想发表于 2013-5-24 20:35
计算机I/O的是数字量，这些都是量子态的，不同于模拟态永不停息的流水，是一块一块，一份一份的，每块之间 ...

第一回听说，把脉冲信号说成是量子态。

marsash · 发表于 2013-5-25 00:52

红色狂想发表于 2013-5-24 20:35
计算机I/O的是数字量，这些都是量子态的，不同于模拟态永不停息的流水，是一块一块，一份一份的，每块之间 ...

不要误导小朋友啊，目前的计算机都是基于电信号，和量子态没什么关系，量子计算机和量子通信都还在试验中

Kiddy · 发表于 2013-6-4 16:22

突然看到自己的老本行觉得格外亲切，不过有些细节已经记不清楚了。不知道LZ现在搞明白没，我从科普的角度回答一下你的问题吧，如果表述有问题的话请大家指教。

首先，LZ应该没有完全理解OSI的七层模型或TCPIP的五层模型。每一层模型的作用就是：
1.相信自己的下层，不关心下层的实现细节
2.做好自己的本职工作
3.为上层提供可靠的服务

物理层：保证物理信号的正确传输，即传输已调制的比特流
数据链路层：将数据格式化进行传输，对物理介质进行访问控制（CSMA/CD就是访问控制的一种），有一定的纠错能力（以太网一般是奇偶校验），保证数据正确地调制为物理信号，从物理信号中正确地解调出数据。单位为帧，标准以太帧长1518字节，你可以算一下每帧的传输时间是多少。
网络层：负责数据包的寻址，路由转发。IP协议工作在这一层。
传输层：定义了通信双方传输和交互的协议。TCP协议工作在这一层，而TCP协议中的“连接”其实是一个虚连接——发送方稳定地发送数据，接收方稳定地接收数据。看起来好像是一个稳定的连接。实际上你的数据是一个一个分片的报文，可能有的从北京直接发到上海，有的从北京先到西安绕了一圈再到达上海，这些细节你都是不知道且没必要关心的（下层累死累活的难处你知道么）。

从原理上说，LZ的问题可以这样解释：电脑A在传输层与电脑B建立了一个连接，稳定地传输数据。此时B要发出一条QQ消息，那么数据链路层要“监听-线路忙-等待-监听-线路忙-等待-监听-线路忙-等待。。。。（重试N次后）-监听-线路闲-发数据”。从概率的角度来讲，一般重试几次后B就可以成功将数据发出，这个过程在微秒的数量级，期间相当于A到B的数据链路层处于“监听-等待-重试”过程。而这个几十微秒（往多了说1000微秒即1毫秒）的短暂停对于上面的网络层和传输层来说根本可以忽略不计。传输层的TCP连接不会因此中断。

就像你寄快递从北京到广州，北京路断了，上海大雾机场关闭了，武汉爆仓了这些都不需要你关心，你能看到的就是你的快件在可容忍的时间内到达就行了。

关于独占资源的共享利用，可以参考单核CPU的任务切换：你同时开游戏、QQ、迅雷、音乐播放器。CPU（底层）先为你计算10微秒游戏数据，花1微秒接收一条QQ信息，花2微秒从网络上收10KB数据，花2微秒解码1秒音频，再回来处理你的游戏。一般情况下你（上层）都是感觉不到游戏在卡的。

haierccc · 发表于 2013-6-4 19:26

本帖最后由 haierccc 于 2013-6-4 19:32 编辑

Kiddy 发表于 2013-6-4 16:22
突然看到自己的老本行觉得格外亲切，不过有些细节已经记不清楚了。不知道LZ现在搞明白没，我从科普的角度回 ...

多谢解释哈！各层的作用解释得很清楚。
可我的那个问题还是不太明白。
按理说，A与B之间的通信只要没有结束，其它的帧就插不进来，那路由器也就无法给机器B发送信息，
那为何在若干个“发送请求-监听-线路忙-等待”的循环过程中，会突然出现一个“发送请求-监听-就绪-见缝插针”呢？
因为根本无缝可插啊。
我就是对这个第二层的细节感兴趣。

kulengpceva · 发表于 2013-6-4 22:28

haierccc 发表于 2013-6-4 19:26
多谢解释哈！各层的作用解释得很清楚。
可我的那个问题还是不太明白。
按理说，A与B之间的通信只要没有结 ...

也算搞了很多年网络，在这个问题上没有纠结过，你现在提出来我到也觉得有些意思。
基于网络传输的数据，首先在发送端通过OS会进行数据的封装，基于不同的流控措施进行数据的排队（实际上没传输之前，在OS中就开始了排队，默认的是FIFO）成帧之后开始在网络设备中进行传输。传输过程中不同协议以不同方式来保证自己传输的数据不丢失，分片就是一种技术，每个分片的包都是有编号的。
还有楼上有人提过的二层通讯问题，二层通讯以MAC为目标，跟网关没关系。这个在认真看过OSI模型之后仔细分析封装解封装之后就知道了。
看书要系统，认真。不过很提倡较真和探索的精神。交流是最好的学习方式。

Kiddy · 发表于 2013-6-4 23:32

haierccc 发表于 2013-6-4 19:26
多谢解释哈！各层的作用解释得很清楚。
可我的那个问题还是不太明白。
按理说，A与B之间的通信只要没有结 ...

即使是A与B的通信量大且连续，也并不是完全占有信道。广播域上所有的数据帧发送都要公平地“争用”信道，A在发送过程中也要侦听碰撞、争用信道。同一时刻有多个人同时争用时，依概率被其中一人抢占（这里面有个随机后退避让的过程，可以去翻下书）。A发送大量以太帧，和B发送一个以太帧，对于每一个帧来说都是公平的，B经过几次争用后（依概率看人品）就会成功发送出去。

bobzhuyb · 发表于 2013-6-5 07:06

haierccc 发表于 2013-6-4 19:26
多谢解释哈！各层的作用解释得很清楚。
可我的那个问题还是不太明白。
按理说，A与B之间的通信只要没有结 ...

有个东西叫帧间隙。。。。。。

haierccc · 发表于 2013-6-5 11:27

本帖最后由 haierccc 于 2013-6-5 21:12 编辑

Kiddy 发表于 2013-6-4 23:32
即使是A与B的通信量大且连续，也并不是完全占有信道。广播域上所有的数据帧发送都要公平地“争用”信道， ...

我们讨论的是第二层，那就看第二层吧，不看其它层面了。
我有本《快速以太网》的书，但不在手边，我回去看看，里面有第二层的流程。
回想起来，的确是每发送一帧，就要监听是否有冲突，如果没有，就接着发送第二帧。
如果有冲突，进入随机回退机制，回退一定时间。
我看看书再说吧，哪里有遗漏的。
补充：写完了，看后页。

XXHJACK · 发表于 2013-6-5 11:33

haierccc 发表于 2013-6-5 11:27
我们讨论的是第二层，那就看第二层吧，不看其它层面了。
我有本《快速以太网》的书，但不在手边，我回去 ...

帧是以片段的形式发的，你认为一帧能有好大吗？一帧完了就会下一次计算。我们的一个数据包是很多帧组成的，在底层要过无数次计算才能发完，计算量很大的，要不怎么会不同品牌和芯片的网卡性能不一样呢！

对快速以太网CSMA/CD的一点不明之处与大家讨论

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